JP6984185B2 - Positive electrode active material, positive electrode and sodium ion battery, and method for manufacturing positive electrode active material - Google Patents

Positive electrode active material, positive electrode and sodium ion battery, and method for manufacturing positive electrode active material Download PDF

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Description

本発明は、正極活物質、正極及びナトリウムイオン電池、並びに、正極活物質の製造方法に係り、特に、ナトリウムイオン二次電池等のナトリウムイオン電池に用いられる正極活物質、正極及びナトリウムイオン電池、並びに、正極活物質の製造方法に関する。 The present invention relates to a positive electrode active material, a positive electrode and a sodium ion battery, and a method for producing the positive electrode active material, and in particular, a positive electrode active material, a positive electrode and a sodium ion battery used in a sodium ion battery such as a sodium ion secondary battery. In addition, the present invention relates to a method for producing a positive electrode active material.

従来、ナトリウムイオン二次電池等のナトリウムイオン電池において、正極活物質に、層状金属酸化物を用いることが検討されている(特許文献1参照)。 Conventionally, in a sodium ion battery such as a sodium ion secondary battery, it has been studied to use a layered metal oxide as a positive electrode active material (see Patent Document 1).

特許第5870930号公報Japanese Patent No. 5870930

ところで、ナトリウムイオン電池用の正極活物質に、層状金属酸化物を用いる場合には、金属原子と酸素原子との結合が弱いため結晶構造が不安定であり、充放電に伴う劣化が早くなる可能性がある。 By the way, when a layered metal oxide is used as the positive electrode active material for a sodium ion battery, the crystal structure is unstable due to the weak bond between the metal atom and the oxygen atom, and the deterioration due to charging / discharging may be accelerated. There is sex.

そこで本発明の目的は、ナトリウムイオン電池の電池性能をより向上させることが可能な安定した結晶構造を有するナトリウムイオン電池用の正極活物質、正極及びナトリウムイオン電池、並びに、正極活物質の製造方法を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is a positive electrode active material for a sodium ion battery having a stable crystal structure capable of further improving the battery performance of the sodium ion battery, a positive electrode and a sodium ion battery, and a method for producing the positive electrode active material. Is to provide.

本発明に係る正極活物質は、ナトリウムイオン電池用の正極活物質であって、NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物を含むことを特徴とする。 The positive electrode active material according to the present invention is a positive electrode active material for a sodium ion battery, and is Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 0 ≦ a ≦ 1.333, It is characterized by containing an iron phosphate compound represented by 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1).

本発明に係る正極活物質において、前記リン酸鉄化合物は、c+d=1を満たすことを特徴とする。 In the positive electrode active material according to the present invention, the iron phosphate compound is characterized by satisfying c + d = 1.

本発明に係る正極活物質において、前記リン酸鉄化合物は、b−1=c/3=(1−d)/3を満たすことを特徴とする。 In the positive electrode active material according to the present invention, the iron phosphate compound is characterized by satisfying b-1 = c / 3 = (1-d) / 3.

本発明に係る正極活物質は、ナトリウムイオン電池用の正極活物質であって、NaFe(PO)(OH)(HO)で表されるリン酸鉄化合物を含み、前記リン酸鉄化合物が、X線源としてCuKα線を用いるXRD測定で、2θ=26.05°以上26.95°以下の範囲にある最も強度が大きい第一のピークと、2θ=27.15°以上28.20°以下の範囲にある二番目に強度が大きい第二のピークがあることを特徴とする。 Positive electrode active material according to the present invention is a positive electrode active material for sodium ion battery, includes iron phosphate compounds represented by Na a Fe b (PO 4) (OH) c (H 2 O) d, The iron phosphate compound has the highest intensity first peak in the range of 2θ = 26.05 ° or more and 26.95 ° or less in XRD measurement using CuKα ray as an X-ray source, and 2θ = 27.15. It is characterized by having a second peak with the second highest intensity in the range of ° or more and 28.20 ° or less.

本発明に係る正極活物質において、前記リン酸鉄化合物の結晶構造は、空間群I4/amdに帰属していることを特徴とする。 In the positive electrode active material according to the present invention, the crystal structure of the iron phosphate compound is characterized in that it belongs to the space group I4 1 / amd.

本発明に係る正極は、上記の正極活物質を含むことを特徴とする。 The positive electrode according to the present invention is characterized by containing the above-mentioned positive electrode active material.

本発明に係るナトリウムイオン電池は、上記の正極を備えることを特徴とする。 The sodium ion battery according to the present invention is characterized by including the above-mentioned positive electrode.

本発明に係る正極活物質の製造方法は、ナトリウムイオン電池用の正極活物質の製造方法であって、鉄原料と、リン原料と、を水に溶解して原料溶液を調製する原料溶液調製工程と、前記原料溶液を150℃以上300℃未満で熱処理して水熱合成する水熱合成工程と、を備えることを特徴とする。 The method for producing a positive electrode active material according to the present invention is a method for producing a positive electrode active material for a sodium ion battery, which is a raw material solution preparation step of dissolving an iron raw material and a phosphorus raw material in water to prepare a raw material solution. It is characterized by comprising a hydrothermal synthesis step of heat-treating the raw material solution at 150 ° C. or higher and lower than 300 ° C. for hydrothermal synthesis.

本発明に係る正極活物質の製造方法において、前記鉄原料は、Fe(NO・9HO、FeC・2HO、Fe(NH(SO・4HOの少なくとも1つを含み、前記リン原料は、HPOを含むことを特徴とする。 The method of manufacturing a positive electrode active material according to the present invention, wherein the iron raw material, Fe (NO 3) 3 · 9H 2 O, FeC 2 O 4 · 2H 2 O, Fe (NH 4) 2 (SO 4) 2 · 4H It contains at least one of 2 O, and the phosphorus raw material is characterized by containing H 3 PO 4.

本発明に係る正極活物質の製造方法において、前記原料溶液調製工程は、前記原料溶液に、第一のナトリウム原料を含むことを特徴とする。 In the method for producing a positive electrode active material according to the present invention, the raw material solution preparing step is characterized in that the raw material solution contains a first sodium raw material.

本発明に係る正極活物質の製造方法において、前記第一のナトリウム原料は、NaNO、NaCO、NaOH、CHCOONa、NaHPO、NaPO・12HO及びNaHPOの少なくとも1つを含むことを特徴とする。 In the method for producing a positive electrode active material according to the present invention, the first sodium raw materials are NaNO 3 , Na 2 CO 3 , NaOH, CH 3 COONa, NaH 2 PO 4 , Na 3 PO 4・ 12H 2 O and Na 2. It is characterized by containing at least one of HPO 4.

本発明に係る正極活物質の製造方法は、前記水熱合成工程で水熱合成した合成物と、第二のナトリウム原料と、を混合して混合体を形成し、前記混合体を150℃以上500℃以下で熱処理して固相反応させることを特徴とする。 In the method for producing a positive electrode active material according to the present invention, a compound hydrothermally synthesized in the hydrothermal synthesis step and a second sodium raw material are mixed to form a mixture, and the mixture is heated at 150 ° C. or higher. It is characterized in that it is heat-treated at 500 ° C. or lower to cause a solid-phase reaction.

本発明に係る正極活物質の製造方法において、前記第二のナトリウム原料は、NaNO、NaCO、NaOH、CHCOONa、NaHPO、NaPO・12HO及びNaHPOの少なくとも1つを含むことを特徴とする。 In the method for producing a positive electrode active material according to the present invention, the second sodium raw material is NaNO 3 , Na 2 CO 3 , NaOH, CH 3 COONa, NaH 2 PO 4 , Na 3 PO 4・ 12H 2 O and Na 2. It is characterized by containing at least one of HPO 4.

本発明に係る正極活物質の製造方法は、前記混合体を還元性雰囲気で熱処理して固相反応させることを特徴とする。 The method for producing a positive electrode active material according to the present invention is characterized in that the mixture is heat-treated in a reducing atmosphere to cause a solid-phase reaction.

本発明に係る正極活物質の製造方法は、前記水熱合成工程で水熱合成した合成物と、第三のナトリウム原料と、を水に溶解して混合溶液を調製し、前記混合溶液を150℃以上300℃未満で熱処理して水熱合成することを特徴とする。 In the method for producing a positive electrode active material according to the present invention, a mixed solution is prepared by dissolving a compound hydrothermally synthesized in the hydrothermal synthesis step and a third sodium raw material in water, and the mixed solution is prepared as 150. It is characterized by hydrothermal synthesis by heat treatment at ° C. or higher and lower than 300 ° C.

本発明に係る正極活物質の製造方法において、前記第三のナトリウム原料は、NaNO、NaCO、NaOH、CHCOONa、NaHPO、NaPO・12HO及びNaHPOの少なくとも1つを含むことを特徴とする。 In the method for producing a positive electrode active material according to the present invention, the third sodium raw material is NaNO 3 , Na 2 CO 3 , NaOH, CH 3 COONa, NaH 2 PO 4 , Na 3 PO 4・ 12H 2 O and Na 2. It is characterized by containing at least one of HPO 4.

本発明に係る正極活物質の製造方法は、前記混合溶液を還元性雰囲気で熱処理して水熱合成することを特徴とする。 The method for producing a positive electrode active material according to the present invention is characterized in that the mixed solution is heat-treated in a reducing atmosphere for hydrothermal synthesis.

本発明に係る正極活物質の製造方法は、前記水熱合成工程で水熱合成した合成物を正極活物質とし、ナトリウムを含む材料を負極活物質として、電池を組み、放電反応を生じさせることで、電気化学的に前記合成物にナトリウムを含ませることを特徴とする。 In the method for producing a positive electrode active material according to the present invention, a battery is assembled using a synthetic product hydrothermally synthesized in the hydrothermal synthesis step as a positive electrode active material and a material containing sodium as a negative electrode active material to cause a discharge reaction. The compound is electrochemically characterized by containing sodium.

上記構成によれば、結晶内でのナトリウムイオンの移動が容易であり、結晶構造が安定であるので、ナトリウムイオン電池の電池性能を向上させることが可能となる。 According to the above configuration, the movement of sodium ions in the crystal is easy and the crystal structure is stable, so that it is possible to improve the battery performance of the sodium ion battery.

本発明の実施の形態において、Fe(PO)(OH)(HO)(但し、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物であるIHPを生成する工程を示すフローチャートである。In the embodiment of the present invention, Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1). It is a flowchart which shows the process of producing IHP which is the iron phosphate compound represented. 本発明の実施の形態において、実施例3のIHPのX線回折測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the X-ray diffraction measurement result of the IHP of Example 3 in the Embodiment of this invention. 本発明の実施の形態において、実施例3のIHPの結晶構造解析結果を示す図である。It is a figure which shows the crystal structure analysis result of the IHP of Example 3 in the Embodiment of this invention. 本発明の実施の形態において、実施例1から7のIHPの結晶構造解析結果を示す図である。It is a figure which shows the crystal structure analysis result of the IHP of Examples 1 to 7 in the Embodiment of this invention. 本発明の実施の形態において、ナトリウムイオン電池の正極と負極とにおいて生じている反応を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the reaction which occurs in the positive electrode and the negative electrode of a sodium ion battery in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態において、実施例8から25のIHPNaのNa量を示す図である。It is a figure which shows the Na amount of IHPNa of Examples 8 to 25 in the Embodiment of this invention. 本発明の実施の形態において、実施例27から34のIHPNaのNa量を示す図である。It is a figure which shows the Na amount of IHPNa of Examples 27-34 in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態において、IHPからなる正極活物質を用いたコインセルの充放電特性を示すグラフである。In the embodiment of the present invention, it is a graph which shows the charge / discharge characteristic of the coin cell using the positive electrode active material which consists of IHP. 本発明の実施の形態において、IHPNaからなる正極活物質を用いたコインセルの充放電特性を示すグラフである。In the embodiment of the present invention, it is a graph which shows the charge / discharge characteristic of the coin cell using the positive electrode active material which consists of IHPNa. 本発明の実施の形態において、充放電サイクル特性を示すグラフである。It is a graph which shows the charge / discharge cycle characteristic in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態において、各放電状態の正極活物質のX線回折測定結果を示すグラフである。In the embodiment of the present invention, it is a graph which shows the X-ray diffraction measurement result of the positive electrode active material in each discharge state.

以下に本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ナトリウムイオン二次電池等のナトリウムイオン電池は、例えば、ノートパソコン、携帯電話、電気自動車等に用いられる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Sodium-ion batteries such as sodium-ion secondary batteries are used in, for example, notebook computers, mobile phones, electric vehicles, and the like.

ナトリウムイオン電池用の正極活物質は、NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物を含んでいる。このリン酸鉄化合物は、c+d=1を満たすことが好ましい。また、このリン酸鉄化合物は、b−1=c/3=(1−d)/3を満たすことがより好ましい。 Positive electrode active material for a sodium ion battery, Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d ( where, 0 ≦ a ≦ 1.333,1.000 ≦ b ≦ 1.333,0 It contains an iron phosphate compound represented by ≦ c ≦ 1 and 0 ≦ d ≦ 1). This iron phosphate compound preferably satisfies c + d = 1. Further, it is more preferable that this iron phosphate compound satisfies b-1 = c / 3 = (1-d) / 3.

NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物の結晶構造は、正方晶で構成されている。このリン酸鉄化合物の結晶構造は、ヘルマンーモーガン記号(国際記号)で表される空間群のI4/amdに帰属している結晶構造であるとよい。このリン酸鉄化合物の結晶構造は、結晶内でナトリウムイオンが移動し易く、ナトリウムイオンを可逆的に脱挿入することが容易に可能であり、ナトリウムイオン電池の正極活物質として機能することができる。また、このリン酸鉄化合物は、POの形で酸素原子が含まれるため、P−O結合が強くなり、構造安定性が高くなる。なお、a、b、c、dの数値範囲を満たさない場合には、結晶構造が変わり、電気化学的に活性の低い相に転移し得る。 Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (However, 0 ≦ a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1 The crystal structure of the iron phosphate compound represented by) is composed of tetragonal crystals. The crystal structure of this iron phosphate compound is preferably a crystal structure belonging to I4 1 / amd of the space group represented by the Hermann-Morgan symbol (international symbol). In the crystal structure of this iron phosphate compound, sodium ions can easily move in the crystal, and sodium ions can be easily reversibly deinserted and inserted, and can function as a positive electrode active material of a sodium ion battery. .. Further, since this iron phosphate compound contains an oxygen atom in the form of PO 4 , the PO bond becomes strong and the structural stability becomes high. If the numerical range of a, b, c, and d is not satisfied, the crystal structure may change and the phase may change to an electrochemically less active phase.

NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物は、X線源としてCuKα線を用いるXRD測定(X線回折測定)で、2θ=26.05°以上26.95°以下の範囲にある最も強度が大きい第一のピークと、2θ=27.15°以上28.20°以下の範囲にある二番目に強度が大きい第二のピークと、を有している。 Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (However, 0 ≦ a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1 The iron phosphate compound represented by) has the highest intensity in the range of 2θ = 26.05 ° or more and 26.95 ° or less in XRD measurement (X-ray diffraction measurement) using CuKα ray as an X-ray source. It has one peak and a second peak with the second highest intensity in the range of 2θ = 27.15 ° or more and 28.20 ° or less.

NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物は、aが0である場合(a=0)におけるFe(PO)(OH)(HO)(但し、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物(以下、IHPという場合がある)であるとよい。IHPの結晶構造は、正方晶であり、ヘルマンーモーガン記号(国際記号)で表される空間群のI4/amdに帰属している結晶構造であるとよい。 Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (However, 0 ≦ a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1 The iron phosphate compound represented by) is Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 1.000 ≦ b ≦ 1. It is preferable that the iron phosphate compound is represented by 333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1) (hereinafter, may be referred to as IHP). The crystal structure of IHP is a tetragonal crystal, and it is preferable that the crystal structure belongs to I4 1 / amd of the space group represented by the Hermann-Morgan symbol (international symbol).

NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物は、aが0でない場合(a≠0)におけるNaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0<a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物(以下、IHPNaという場合がある)であるとよい。IHPNaの結晶構造は、正方晶であり、ヘルマンーモーガン記号(国際記号)で表される空間群のI4/amdに帰属している結晶構造であるとよい。 Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (However, 0 ≦ a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1 The iron phosphate compound represented by) is Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 0 <a ≦ 1.333) when a is not 0 (a ≠ 0). , 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1) may be an iron phosphate compound (hereinafter, may be referred to as IHPNa). The crystal structure of IHPNa is a tetragonal crystal, and it is preferable that the crystal structure belongs to I4 1 / amd of the space group represented by the Hermmann-Morgan symbol (international symbol).

次に、ナトリウムイオン電池用の正極活物質の製造方法について説明する。ナトリウムイオン電池用の正極活物質の製造方法は、NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物を生成する工程を備えている。 Next, a method for producing a positive electrode active material for a sodium ion battery will be described. The method for producing the positive electrode active material for a sodium ion battery is as follows: Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (However, 0 ≦ a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1. It includes a step of producing an iron phosphate compound represented by 333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1).

まず、Fe(PO)(OH)(HO)(但し、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物であるIHPの生成方法について説明する。図1は、Fe(PO)(OH)(HO)(但し、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物であるIHPを生成する工程を示すフローチャートである。IHPを生成する工程は、原料溶液調製工程(S10)と、水熱合成工程(S12)と、を備えている。 First, iron phosphate represented by Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (however, 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1). A method for producing IHP, which is a compound, will be described. FIG. 1 shows phosphorus represented by Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1). It is a flowchart which shows the process of producing IHP which is an iron acid compound. The step of producing IHP includes a raw material solution preparation step (S10) and a hydrothermal synthesis step (S12).

原料溶液調製工程(S10)は、鉄原料と、リン原料と、を水に溶解して原料溶液を調製する工程である。 The raw material solution preparation step (S10) is a step of dissolving an iron raw material and a phosphorus raw material in water to prepare a raw material solution.

鉄原料には、例えば、Fe(NO・9HO、FeC・2HO及びFe(NH(SO・2HOの少なくとも1つを含む鉄化合物を用いることが可能であるが、特に、これらの鉄化合物に限定されることはない。鉄原料には、これらの鉄化合物を単体で用いてもよいし、複数混ぜて用いてもよい。これらの鉄化合物には、一般的な市販品を用いることができる。 Iron raw material, for example, Fe (NO 3) 3 · 9H 2 O, FeC 2 O 4 · 2H 2 O and Fe (NH 4) 2 (SO 4) 2 · 2H 2 iron compound containing at least one of O Is possible, but is not particularly limited to these iron compounds. As the iron raw material, these iron compounds may be used alone or in combination of two or more. As these iron compounds, general commercial products can be used.

リン原料には、例えば、HPO等のリン化合物を用いることが可能であるが、特に、これらのリン化合物に限定されることはない。リン化合物には、一般的な市販品を用いることができる。 As the phosphorus raw material, for example, a phosphorus compound such as H 3 PO 4 can be used, but the phosphorus compound is not particularly limited. As the phosphorus compound, a general commercially available product can be used.

鉄原料と、リン原料とを、脱イオン水(イオン交換水)等の水に溶解して原料溶液を調製する。 The iron raw material and the phosphorus raw material are dissolved in water such as deionized water (ion-exchanged water) to prepare a raw material solution.

水熱合成工程(S12)は、調製した原料溶液を150℃以上300℃未満で熱処理して水熱合成する工程である。 The hydrothermal synthesis step (S12) is a step of hydrothermally synthesizing the prepared raw material solution by heat-treating it at 150 ° C. or higher and lower than 300 ° C.

調製した原料溶液は、例えば、炭素鋼製ベッセル等の耐圧密封容器に封入されて、誘導加熱炉等により加熱加圧して熱処理されることにより水熱合成される。原料溶液は、耐圧密封容器に封入されて密閉されているので、誘導加熱炉等で加熱されると、高圧で加熱されて水熱合成される。 The prepared raw material solution is, for example, sealed in a pressure-resistant sealed container such as a carbon steel vessel, heated and pressurized by an induction heating furnace or the like, and heat-treated to be hydrothermally synthesized. Since the raw material solution is sealed in a pressure-resistant sealed container, when heated in an induction heating furnace or the like, it is heated at a high pressure and hydrothermally synthesized.

原料溶液を耐圧密封容器へ封入する際には、アルゴンガス等の不活性ガスを吹きかけて空気を置換しながら封入するとよい。耐圧密封容器内の雰囲気は、空気雰囲気でもよいが、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気であるとよい。加熱炉は、150℃以上300℃未満で加熱可能であれば特に限定されないが、揺動式誘導加熱炉や、一般的なマッフル炉を用いることができる。 When the raw material solution is sealed in a pressure-resistant sealed container, it is preferable to spray an inert gas such as argon gas to replace the air. The atmosphere inside the pressure-resistant sealed container may be an air atmosphere, but may be an inert gas atmosphere such as argon gas. The heating furnace is not particularly limited as long as it can be heated at 150 ° C. or higher and lower than 300 ° C., but a swing type induction heating furnace or a general muffle furnace can be used.

熱処理温度は、150℃以上300℃未満とするとよい。熱処理温度が150℃よりも低温の場合や、熱処理温度が300℃より高温の場合には、IHPを生成することが難しくなるからである。耐圧密封容器内の圧力は、2MPa以上50MPa以下とするとよい。 The heat treatment temperature is preferably 150 ° C. or higher and lower than 300 ° C. This is because when the heat treatment temperature is lower than 150 ° C. or when the heat treatment temperature is higher than 300 ° C., it becomes difficult to generate IHP. The pressure in the pressure-resistant sealed container is preferably 2 MPa or more and 50 MPa or less.

熱処理時間は、10分間から4時間とするとよい。熱処理時間が10分間より短い場合には、水熱合成反応が完了しないので、IHPの収率が低下する可能性があるからである。熱処理時間が4時間より長い場合には、IHPの性能が低下して、ナトリウムイオン電池性能が低下する可能性があるからである。 The heat treatment time is preferably 10 minutes to 4 hours. This is because if the heat treatment time is shorter than 10 minutes, the hydrothermal synthesis reaction is not completed, so that the yield of IHP may decrease. This is because if the heat treatment time is longer than 4 hours, the performance of the IHP may deteriorate and the performance of the sodium ion battery may deteriorate.

水熱合成により生成した生成物は、遠心分離機等により残留した溶液と分離される。生成物は、脱イオン水(イオン交換水)等で洗浄された後に、乾燥機等により、例えば、30℃以上150℃以下で乾燥される。また、生成物は、脱イオン水(イオン交換水)等で洗浄された後に、真空乾燥するようにしてもよい。このようにして、IHPが粉末状等に生成される。 The product produced by hydrothermal synthesis is separated from the residual solution by a centrifuge or the like. The product is washed with deionized water (ion-exchanged water) or the like, and then dried by a dryer or the like at, for example, 30 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. Further, the product may be vacuum-dried after being washed with deionized water (ion-exchanged water) or the like. In this way, IHP is produced in the form of powder or the like.

次に、NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0<a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物であるIHPNaの生成方法について説明する。IHPNaの生成方法は、4種類の生成方法により生成可能である。より詳細には、IHPNaの生成方法は、IHPNaを直接合成して生成する方法と、IHPを用いて固相反応法により生成する方法と、IHPを用いて水熱合成法により生成する方法と、IHPを用いて電気化学的手法で生成する方法とがある。 Next, Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 0 <a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ A method for producing IHPNa, which is an iron phosphate compound represented by d ≦ 1), will be described. The IHPNa can be generated by four kinds of generation methods. More specifically, the method for producing IHPNa includes a method for directly synthesizing IHPNa, a method for producing it by a solid-phase reaction method using IHP, and a method for producing it by a hydrothermal synthesis method using IHP. There is a method of producing by an electrochemical method using IHP.

まず、IHPNaを直接合成して生成する方法について説明する。IHPNaを直接合成して生成する方法は、上記のIHPの生成方法と、原料溶液調製工程が相違している。原料溶液調製工程では、第一のナトリウム原料と、鉄原料と、リン原料と、を水に溶解して原料溶液が調製される。 First, a method of directly synthesizing and generating IHPNa will be described. The method for directly synthesizing and producing IHPNa is different from the above-mentioned method for producing IHP in the raw material solution preparation step. In the raw material solution preparation step, the first sodium raw material, the iron raw material, and the phosphorus raw material are dissolved in water to prepare a raw material solution.

第一のナトリウム原料には、例えば、NaNO、NaCO、NaOH、CHCOONa、NaHPO、NaPO・12HO及びNaHPOの少なくとも1つを含むナトリウム化合物を用いることが可能であるが、特にこれらのナトリウム化合物に限定されることはない。第一のナトリウム原料には、これらのナトリウム化合物を単体で用いてもよいし、複数混ぜて用いてもよい。第一のナトリウム原料には、一般的な市販品を用いることができる。鉄原料と、リン原料とには、原料溶液調製工程(S10)で用いた鉄原料やリン原料と同様の原料を用いることが可能である。 The first sodium raw material, for example, NaNO 3, Na 2 CO 3 , NaOH, CH 3 COONa, NaH 2 PO 4, Na 3 sodium compound containing at least one of PO 4 · 12H 2 O and Na 2 HPO 4 Is possible, but is not particularly limited to these sodium compounds. As the first sodium raw material, these sodium compounds may be used alone or in combination of two or more. As the first sodium raw material, a general commercial product can be used. As the iron raw material and the phosphorus raw material, the same raw materials as the iron raw material and the phosphorus raw material used in the raw material solution preparation step (S10) can be used.

第一のナトリウム原料と、鉄原料と、リン原料とを、脱イオン水(イオン交換水)等の水に溶解して原料溶液を調製する。第一のナトリウム原料と、鉄原料と、リン原料とは、Naが、Feとの物質量比で2倍以上30倍以下となるように混合されるとよい。また、Pが、Feとの物質量比で1倍以上10倍以下となるように混合されるとよい。例えば、Naと、Feと、Pとは、各元素の物質量比で、Na:Fe:P=10:1:1とすることが好ましい。また、原料溶液のpHについては、pH4以下とするとよい。 The first sodium raw material, iron raw material, and phosphorus raw material are dissolved in water such as deionized water (ion-exchanged water) to prepare a raw material solution. The first sodium raw material, the iron raw material, and the phosphorus raw material may be mixed so that Na is 2 times or more and 30 times or less in terms of the substance amount ratio with Fe. Further, it is preferable that P is mixed so as to have a substance amount ratio of 1 time or more and 10 times or less with Fe. For example, Na, Fe, and P are preferably Na: Fe: P = 10: 1: 1 in terms of the amount of substance ratio of each element. The pH of the raw material solution may be pH 4 or less.

調製した原料溶液を、150℃以上300℃未満で熱処理して水熱合成する。水熱合成は、上記の水熱合成工程(S12)と同様の方法で水熱合成すればよいので、詳細な説明を省略する。このようにして、IHPNaが粉末状等に生成される。 The prepared raw material solution is heat-treated at 150 ° C. or higher and lower than 300 ° C. for hydrothermal synthesis. As the hydrothermal synthesis may be carried out by the same method as the above-mentioned hydrothermal synthesis step (S12), detailed description thereof will be omitted. In this way, IHPNa is produced in the form of powder or the like.

次に、IHPを用いて固相反応法により生成する方法について説明する。まず、粉末状のIHPと、第二のナトリウム原料とを、混合して、混合体を形成する。粉末状のIHPは、上記の原料溶液調製工程(S10)と、水熱合成工程(S12)とを行うことにより生成することができる。第二のナトリウム原料には、例えば、NaNO、NaCO、NaOH、CHCOONa、NaHPO、NaPO・12HO及びNaHPOの少なくとも1つを含むナトリウム化合物を用いることが可能であるが、特にこれらのナトリウム化合物に限定されることはない。第二のナトリウム原料には、これらのナトリウム化合物を単体で用いてもよいし、複数混ぜて用いてもよい。粉末状のIHPと、第二のナトリウム原料と、を混合して、ペレット状等の混合体を形成する。 Next, a method for producing by a solid-phase reaction method using IHP will be described. First, the powdered IHP and the second sodium raw material are mixed to form a mixture. The powdery IHP can be produced by performing the above-mentioned raw material solution preparation step (S10) and the hydrothermal synthesis step (S12). The second sodium raw material, for example, NaNO 3, Na 2 CO 3 , NaOH, CH 3 COONa, NaH 2 PO 4, Na 3 sodium compound containing at least one of PO 4 · 12H 2 O and Na 2 HPO 4 Is possible, but is not particularly limited to these sodium compounds. As the second sodium raw material, these sodium compounds may be used alone or in combination of two or more. The powdered IHP and the second sodium raw material are mixed to form a pellet-like mixture.

次に、混合体を、200℃以上500℃以下で熱処理して固相反応させる。熱処理温度は、200℃以上500℃以下とするとよい。熱処理温度が200℃よりも低温の場合や、熱処理温度が500℃より高温の場合には、IHPNaを生成することが難しくなるからである。 Next, the mixture is heat-treated at 200 ° C. or higher and 500 ° C. or lower for a solid-phase reaction. The heat treatment temperature is preferably 200 ° C. or higher and 500 ° C. or lower. This is because when the heat treatment temperature is lower than 200 ° C. or when the heat treatment temperature is higher than 500 ° C., it becomes difficult to generate IHPNa.

熱処理時間は、10分間から4時間とするとよい。熱処理時間が10分間より短い場合には、固相反応が完了しないので、IHPNaの収率が低下する可能性があるからである。熱処理時間が4時間より長い場合には、IHPNaの性能が低下するので、ナトリウムイオン電池性能が低下する可能性があるからである。 The heat treatment time is preferably 10 minutes to 4 hours. This is because if the heat treatment time is shorter than 10 minutes, the solid phase reaction is not completed and the yield of IHPNa may decrease. This is because if the heat treatment time is longer than 4 hours, the performance of IHPNa is deteriorated, so that the performance of the sodium ion battery may be deteriorated.

混合体は、アルゴンガス等による不活性雰囲気や、水素ガス等を含む還元性雰囲気で熱処理されるとよい。混合体は、IHPにより多くのNaを挿入するために、還元性雰囲気で熱処理されることが好ましい。加熱炉は、200℃以上500℃以下で加熱可能であれば特に限定されないが、揺動式誘導加熱炉や、一般的なマッフル炉を用いることができる。このようにして、IHPNaが粉末状等に生成される。 The mixture may be heat-treated in an inert atmosphere such as argon gas or a reducing atmosphere containing hydrogen gas or the like. The mixture is preferably heat treated in a reducing atmosphere in order to insert more Na into the IHP. The heating furnace is not particularly limited as long as it can be heated at 200 ° C. or higher and 500 ° C. or lower, but a swing type induction heating furnace or a general muffle furnace can be used. In this way, IHPNa is produced in the form of powder or the like.

次に、IHPを用いて水熱合成法により生成する方法について説明する。まず粉末状のIHPと、第三のナトリウム原料と、をイオン交換水に溶解して混合溶液を調製する。粉末状のIHPは、上記の原料溶液調製工程(S10)と、水熱合成工程(S12)とを行うことにより生成することができる。第三のナトリウム原料には、例えば、NaNO、NaCO、NaOH、CHCOONa、NaHPO、NaPO・12HO及びNaHPOの少なくとも1つを含むナトリウム化合物を用いることが可能であるが、特に、これらのナトリウム化合物に限定されることはない。第三のナトリウム原料には、これらのナトリウム化合物を単体で用いてもよいし、複数混ぜて用いてもよい。粉末状のIHPと、第三のナトリウム原料とを、脱イオン水(イオン交換水)等の水に溶解して混合溶液を調製する。 Next, a method of producing by a hydrothermal synthesis method using IHP will be described. First, powdered IHP and a third sodium raw material are dissolved in ion-exchanged water to prepare a mixed solution. The powdery IHP can be produced by performing the above-mentioned raw material solution preparation step (S10) and the hydrothermal synthesis step (S12). The third sodium raw material, for example, NaNO 3, Na 2 CO 3 , NaOH, CH 3 COONa, NaH 2 PO 4, Na 3 sodium compound containing at least one of PO 4 · 12H 2 O and Na 2 HPO 4 Is possible, but is not particularly limited to these sodium compounds. As the third sodium raw material, these sodium compounds may be used alone or in combination of two or more. A mixed solution is prepared by dissolving powdered IHP and a third sodium raw material in water such as deionized water (ion-exchanged water).

次に、混合溶液を、150℃以上300℃未満で熱処理して水熱合成する。調製した混合溶液は、還元剤と共に、例えば、炭素鋼製ベッセル等の耐圧密封容器に封入されて、誘導加熱炉等により還元雰囲気で加熱加圧して熱処理されることにより水熱合成される。還元性雰囲気で加熱加圧することにより、Feが還元されてNaが挿入され、IHPNaが生成される。還元剤には、例えば、アスコルビン酸を用いることが可能であるが、他の還元剤を用いてもよい。このようにして、IHPNaが粉末状等に生成される。 Next, the mixed solution is heat-treated at 150 ° C. or higher and lower than 300 ° C. for hydrothermal synthesis. The prepared mixed solution is enclosed in a pressure-resistant sealed container such as a carbon steel vessel together with a reducing agent, and is hydrothermally synthesized by heating and pressurizing in a reducing atmosphere with an induction heating furnace or the like. By heating and pressurizing in a reducing atmosphere, Fe is reduced, Na is inserted, and IHPNa is produced. Ascorbic acid can be used as the reducing agent, for example, but other reducing agents may be used. In this way, IHPNa is produced in the form of powder or the like.

次に、IHPを用いて電気化学的手法により生成する方法について説明する。IHPは、上記の原料溶液調製工程(S10)と、水熱合成工程(S12)とを行うことにより生成することができる。IHPを正極活物質とし、ナトリウムを含む材料を負極活物質として、電池を組み、放電反応を生じさせることで、電気化学的にIHPにナトリウムを含ませる。負極活物質となるナトリウムを含む材料には、金属ナトリウム等を用いることが可能であるが、特に限定されることはない。これにより、IHPへのナトリウムの挿入反応が生じて、IHPNaが生成される。 Next, a method of producing by an electrochemical method using IHP will be described. IHP can be produced by performing the above-mentioned raw material solution preparation step (S10) and hydrothermal synthesis step (S12). IHP is used as a positive electrode active material, and a material containing sodium is used as a negative electrode active material. By assembling a battery and causing a discharge reaction, sodium is electrochemically contained in IHP. As the material containing sodium as the negative electrode active material, metallic sodium or the like can be used, but the material is not particularly limited. This causes an insertion reaction of sodium into IHP to produce IHPNa.

次に、ナトリウムイオン電池用の正極について説明する。 Next, a positive electrode for a sodium ion battery will be described.

正極は、NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物を含む正極活物質と、導電材と、バインダと、増粘剤と、集電体と、を備えている。このリン酸鉄化合物には、IHPを用いてもよいし、IHPNaを用いてもよい。 The positive electrode is Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 0 ≦ a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ It includes a positive electrode active material containing an iron phosphate compound represented by d ≦ 1), a conductive material, a binder, a thickener, and a current collector. IHP may be used or IHPNa may be used for this iron phosphate compound.

導電材には、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、炭素繊維等を用いることができる。バインダには、スチレンブタジエンゴム、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等を用いることができる。増粘剤には、カルボキシメチルセルロース等を用いることができる。集電体には、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケル等からなる金属箔や金属シートを用いることができる。 As the conductive material, Ketjen black, acetylene black, graphite, carbon fiber and the like can be used. As the binder, a fluororesin such as styrene-butadiene rubber and polytetrafluoroethylene, a polyethylene resin, a polypropylene resin and the like can be used. Carboxymethyl cellulose or the like can be used as the thickener. As the current collector, a metal foil or a metal sheet made of aluminum, stainless steel, copper, nickel or the like can be used.

次に、正極の製造方法について説明する。まず、NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物を含む正極活物質と、導電材と、バインダと、増粘剤と、を混合してスラリを作製する。正極活物質と、導電材と、結合剤と、増粘剤との混合比については、例えば、質量比で、正極活物質:導電材:結合剤:増粘剤=80:10:6:4とするとよい。これらの材料の混合方法には、ボールミル等を用いた一般的な混合方法を用いることが可能である。 Next, a method for manufacturing the positive electrode will be described. First, Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 0 ≦ a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d A slurry is prepared by mixing a positive electrode active material containing an iron phosphate compound represented by ≦ 1), a conductive material, a binder, and a thickener. Regarding the mixing ratio of the positive electrode active material, the conductive material, the binder, and the thickener, for example, in terms of mass ratio, the positive electrode active material: conductive material: binder: thickener = 80: 10: 6: 4. It is good to say. As a mixing method of these materials, a general mixing method using a ball mill or the like can be used.

作製したスラリは、金属箔等の集電体の表面に塗布される。スラリは、一般的な刷毛やヘラ等を用いた塗布方法で集電体に塗布可能である。スラリが塗布された集電体は、例えば、30℃以上150℃以下で乾燥機等により乾燥される。このようにしてナトリウムイオン電池用の正極が製造される。 The produced slurry is applied to the surface of a current collector such as a metal foil. The slurry can be applied to the current collector by an application method using a general brush, spatula, or the like. The current collector coated with the slurry is dried by a dryer or the like at, for example, 30 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. In this way, a positive electrode for a sodium ion battery is manufactured.

次に、ナトリウムイオン電池について説明する。例として、ナトリウムイオン二次電池について説明する。 Next, the sodium ion battery will be described. As an example, a sodium ion secondary battery will be described.

ナトリウムイオン二次電池は、正極と、負極と、電解質と、セパレータと、を備えている。正極は、NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物を含む正極活物質を備えている。このリン酸鉄化合物には、IHPを用いてもよいし、IHPNaを用いてもよい。負極は、例えば、TiO、NbドープTiO、チタン酸リチウム(LiTi12)、Sn、Si、SiO、SnO、Sn−Cu合金薄膜、Sn−Fe合金薄膜、カーボンナノチューブ、Si−Sn−Ti合金、カーボンナノファイバ、MoO、SnO、P単体、金属ナトリウム、ハードカーボン、黒鉛、Pbで構成されている。なお、正極が、IHPを含む正極活物質で構成されている場合には、負極は、金属ナトリウム等のナトリウムを含む材料で構成されているとよい。電解質は、例えば、溶質1M NaClO/溶媒プロピレンカーボネートと、2体積%フルオロエチレンカーボネートとの混合物等で構成されている。セパレータは、例えば、ガラス繊維からなる不織布等で構成されている。ナトリウムイオン二次電池の形状については、コイン型、円筒型、角型等とすることが可能である。 The sodium ion secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator. The positive electrode is Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 0 ≦ a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ It includes a positive electrode active material containing an iron phosphate compound represented by d ≦ 1). IHP may be used or IHPNa may be used for this iron phosphate compound. The negative electrode is, for example, TiO 2 , Nb-doped TiO 2 , lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ), Sn, Si, SiO, SnO, Sn—Cu alloy thin film, Sn—Fe alloy thin film, carbon nanotube, Si−. It is composed of Sn—Ti alloy, carbon nanofibers, MoO 3 , SnO 2 , P alone, metallic sodium, hard carbon, graphite, and Pb. When the positive electrode is made of a positive electrode active material containing IHP, the negative electrode may be made of a material containing sodium such as metallic sodium. The electrolyte is composed of, for example, a mixture of solute 1M NaClO 4 / solvent propylene carbonate and 2% by volume fluoroethylene carbonate. The separator is made of, for example, a non-woven fabric made of glass fiber or the like. The shape of the sodium-ion secondary battery can be a coin type, a cylindrical type, a square type, or the like.

以上、上記構成によれば、ナトリウムイオン電池用の正極活物質は、NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物を含むので、ナトリウムイオン電池の電池性能を向上させることが可能となる。このリン酸鉄化合物は、ヘルマンーモーガン記号(国際記号)で表される空間群のI4/amdに帰属している安定した結晶構造を有し、結晶内でナトリウムイオンが移動し易く、ナトリウムイオンを可逆的に脱挿入することが容易に可能であり、ナトリウムイオン電池の正極活物質として機能することができる。 As described above, according to the above configuration, the positive electrode active material for a sodium ion battery, Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d ( where, 0 ≦ a ≦ 1.333,1.000 Since the iron phosphate compound represented by ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1) is contained, the battery performance of the sodium ion battery can be improved. This iron phosphate compound has a stable crystal structure belonging to I4 1 / amd of the space group represented by the Hermann-Morgan symbol (international symbol), sodium ions easily move in the crystal, and sodium. Ions can be easily reversibly removed and inserted, and can function as a positive electrode active material for sodium-ion batteries.

ナトリウムイオン電池用の正極活物質として用いるために、NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物の生成を行った。 Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (However, 0 ≦ a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1. The iron phosphate compound represented by 333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1) was produced.

(INPの生成)
まず、Fe(PO)(OH)(HO)(但し、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物であるIHPの生成を行った。実施例1から7のIHPの生成方法について説明する。
(Generation of INP)
First, iron phosphate represented by Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (however, 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1). IHP, which is a compound, was produced. The method of generating IHP of Examples 1 to 7 will be described.

鉄原料と、リン原料と、をイオン交換水に溶解して、原料溶液を調製した。鉄原料には、Fe(NO)・9HO(純度99%)を用いた。リン原料には、HPO(純度85%)を用いた。鉄原料の濃度は、0.1mol/lとした。実施例1から7のIHPでは、熱処理条件を変更した。 An iron raw material and a phosphorus raw material were dissolved in ion-exchanged water to prepare a raw material solution. Fe (NO 3 ) and 9H 2 O (purity 99%) were used as the iron raw material. H 3 PO 4 (purity 85%) was used as the phosphorus raw material. The concentration of the iron raw material was 0.1 mol / l. In the IHPs of Examples 1 to 7, the heat treatment conditions were changed.

耐圧密封容器に原料溶液を入れ、アルゴンガスを吹きかけることにより空気を置換しながら封入した。原料溶液を封入した耐圧密封容器を、揺動式誘導加熱炉で加熱して水熱合成した。加熱温度は、150℃以上300℃未満とした。加熱時間は、10分間から4時間とした。合成後には、遠心分離機により合成物のみを抽出した。抽出した合成物を真空乾燥して、粉末状のIHPを得た。 The raw material solution was placed in a pressure-resistant sealed container and sealed while replacing air by spraying argon gas. A pressure-resistant sealed container containing the raw material solution was heated in a swing-type induction heating furnace for hydrothermal synthesis. The heating temperature was 150 ° C. or higher and lower than 300 ° C. The heating time was 10 minutes to 4 hours. After the synthesis, only the compound was extracted by a centrifuge. The extracted compound was vacuum dried to obtain a powdery IHP.

生成した実施例1から7のIHPについて、X線回折測定法により結晶構造解析を行った。X線回折測定には、リガク製全自動水平型多目的X線回折装置スマートラボ(SmartLab)を使用し、X線源はCu、加速電圧45kV、加速電流200mA、ステップ角度を0.02度、回折角2θを10°から90°の条件で測定した。測定データからRIETAN−FPプログラムを使用し、リートベルト(Rietveld)法を用いて結晶構造解析を行った。 The generated IHPs of Examples 1 to 7 were subjected to crystal structure analysis by an X-ray diffraction measurement method. Rigaku's fully automatic horizontal multipurpose X-ray diffractometer SmartLab is used for X-ray diffraction measurement. The X-ray source is Cu, the acceleration voltage is 45 kV, the acceleration current is 200 mA, and the step angle is 0.02 degrees. The folding angle 2θ was measured under the condition of 10 ° to 90 °. Crystal structure analysis was performed from the measured data using the RIETAN-FP program and the Rietveld method.

代表として、実施例3のIHPの結晶構造解析方法について説明する。図2は、実施例3のIHPのX線回折測定結果を示すグラフである。図2のグラフでは、横軸に回折角2θを取り、縦軸に強度を取り、測定データ及び解析結果を実線で示している。なお、Rwpは7.670であり、Rは4.787であり、Sは1.6023である。この測定データからリートベルト(Rietveld)法を用いて結晶構造解析した。図3は、実施例3のIHPの結晶構造解析結果を示す図である。図3では、実施例3のIHPを構成する元素の種類と、各元素の各サイトの占有率と、各元素のx、y、z座標を示している。実施例3のIHPの化学組成は、b=1.135、c=0.405、d=0.595であるFe1.135(PO)(OH)0.405(HO)0.595であることがわかった。また、実施例3のIHPの結晶構造は、正方晶であり、ヘルマンーモーガン記号(国際記号)で表記される空間群I4/amdに帰属していた。 As a representative, the crystal structure analysis method of IHP of Example 3 will be described. FIG. 2 is a graph showing the results of X-ray diffraction measurement of IHP of Example 3. In the graph of FIG. 2, the diffraction angle 2θ is taken on the horizontal axis, the intensity is taken on the vertical axis, and the measurement data and the analysis result are shown by a solid line. Incidentally, R wp is 7.670, R e is 4.787, S is 1.6023. Crystal structure analysis was performed from this measurement data using the Rietveld method. FIG. 3 is a diagram showing the results of crystal structure analysis of IHP of Example 3. FIG. 3 shows the types of elements constituting the IHP of Example 3, the occupancy rate of each site of each element, and the x, y, and z coordinates of each element. The chemical composition of IHP of Example 3 is b = 1.135, c = 0.405, d = 0.595. Fe 1.135 (PO 4 ) (OH) 0.405 (H 2 O) 0. It turned out to be 595. Further, the crystal structure of IHP of Example 3 was tetragonal and belonged to the space group I4 1 / amd represented by the Hermann-Morgan symbol (international symbol).

他の実施例のIHPについても、実施例3のIHPと同様にして、結晶構造解析を行った。図4は、実施例1から7のIHPの結晶構造解析結果を示す図である。IHP理論式であるFe1+x(PO)(OH)3x(HO)1−3xにおいて、Fe量の1+xはbに対応し、OH量の3xはcに対応し、HO量の1−3xはdに対応している。また、各実施例のIHPにおけるFe、PO、O、Hの値は、各元素等の量を示している。例えば、実施例1のIHPの場合は、Fe量が1.110、PO量が1.000、O量が5.000、H量が1.671であることを示している。また、各実施例のIHPにおけるXの値は、IHP理論式のxに対応している。実施例1から7のIHPの化学組成は、Fe量が1.000≦b≦1.333であり、OH量が0≦c≦1であり、HO量が0≦d≦1であった。また、実施例1から7のIHPの結晶構造は、正方晶であり、ヘルマンーモーガン記号(国際記号)で表記される空間群I4/amdに帰属していた。 For the IHPs of other examples, crystal structure analysis was performed in the same manner as the IHPs of Example 3. FIG. 4 is a diagram showing the crystal structure analysis results of IHP of Examples 1 to 7. In Fe 1 + x (PO 4 ) (OH) 3x (H 2 O) 1-3x , which is the IHP theoretical formula, 1 + x of Fe amount corresponds to b, 3x of OH amount corresponds to c, and H 2 O amount. 1-3x corresponds to d. Further, the values of Fe, PO 4 , O, and H in IHP of each example indicate the amount of each element or the like. For example, in the case of IHP in Example 1, Fe amount is 1.110, PO 4 weight 1.000, O weight 5.000, H amount indicates that the 1.671. Further, the value of X in IHP of each embodiment corresponds to x in the IHP theoretical formula. In the chemical composition of IHP of Examples 1 to 7, the Fe amount is 1.000 ≦ b ≦ 1.333, the OH amount is 0 ≦ c ≦ 1, and the H 2 O amount is 0 ≦ d ≦ 1. rice field. Further, the crystal structures of IHPs of Examples 1 to 7 were tetragonal and belonged to the space group I4 1 / amd represented by the Hermann-Morgan symbol (international symbol).

(INPNaの生成)
次に、NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0<a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物であるIHPNaの生成を行った。IHPNaの生成方法については、固相反応法、水熱合成法及び電気化学的手法の3種類の方法で行った。
(Generation of INPNa)
Next, Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 0 <a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ IHPNa, which is an iron phosphate compound represented by d ≦ 1), was produced. The method for producing IHPNa was carried out by three types of methods: solid phase reaction method, hydrothermal synthesis method and electrochemical method.

まず、固相反応法の生成方法について説明する。固相反応法により、実施例8から25のIHPNaを生成した。粉末状のIHPと、ナトリウム原料と、を混合して、混合体を形成した。実施例8から25では、粉末状のIHPとして、実施例3のIHPを用いた。実施例8から23では、ナトリウム原料としてNaOHを用いた。実施例24では、ナトリウム原料としてNaCOを用いた。実施例25では、ナトリウム原料としてNaNOを用いた。 First, a method for producing a solid-phase reaction method will be described. IHPNa of Examples 8 to 25 was produced by the solid phase reaction method. The powdered IHP and the sodium raw material were mixed to form a mixture. In Examples 8 to 25, the IHP of Example 3 was used as the powdered IHP. In Examples 8 to 23, NaOH was used as a sodium raw material. In Example 24, Na 2 CO 3 was used as a sodium raw material. In Example 25, NaNO 3 was used as a sodium raw material.

混合体を、アルゴンガス雰囲気または水素ガスとアルゴンガスとの混合ガス雰囲気において加熱することにより固相反応させた。混合ガス中の水素ガスの濃度は、5質量%とした。合成温度は、200℃から500℃とした。合成時間は、2時間から108時間とした。このようにして、実施例8から25のIHPNaを得た。 The mixture was subjected to a solid phase reaction by heating in an argon gas atmosphere or a mixed gas atmosphere of hydrogen gas and argon gas. The concentration of hydrogen gas in the mixed gas was 5% by mass. The synthesis temperature was 200 ° C to 500 ° C. The synthesis time was 2 to 108 hours. In this way, IHPNa of Examples 8 to 25 was obtained.

次に、実施例8から25のIHPNaについて、電池容量からNa量を測定した。まず、電池容量からNa量を求める方法について説明する。図5は、ナトリウムイオン電池の正極と負極とにおいて生じている反応を説明するための図である。ナトリウムイオンNaは、電池内部を拡散して移動する。電子eは、電池の外の回路を通って移動し電流となる。このことから、電流値(電荷量)を測定すると、電池内部で移動したナトリウムイオンNaの量を求めることができる。 Next, for IHPNa of Examples 8 to 25, the amount of Na was measured from the battery capacity. First, a method of obtaining the amount of Na from the battery capacity will be described. FIG. 5 is a diagram for explaining the reaction occurring between the positive electrode and the negative electrode of the sodium ion battery. Sodium ion Na + diffuses and moves inside the battery. The electron e travels through a circuit outside the battery and becomes an electric current. From this, when the current value (charge amount) is measured, the amount of sodium ion Na + transferred inside the battery can be obtained.

より詳細には、電池を充放電させて測定した電荷量(As)をファラデー定数(As/mol)で割ることにより、移動した電子eのモル数が求められる。電池では、ナトリウムイオンNaが電子と同量移動するので、計算した電子eのモル数が、そのまま移動したナトリウムイオンNaのモル数となる。電極に用いた材料のモル数は、電極重量から求められるので、IHPNaのNa量が求められる。 More specifically, the number of moles of the transferred electrons e − can be obtained by dividing the amount of charge (As) measured by charging and discharging the battery by the Faraday constant (As / mol). In the battery, the sodium ion Na + moves in the same amount as the electrons, so the calculated number of moles of the electron e − becomes the number of moles of the sodium ion Na + that has moved as it is. Since the number of moles of the material used for the electrode is determined from the weight of the electrode, the amount of Na in IHPNa can be determined.

図6は、実施例8から25のIHPNaのNa量を示す図である。なお、図6では、実施例8から25の合成条件と合わせて、Na量を示している。実施例8から25のIHPNaでは、Na量が0<a≦1.333の範囲にあることがわかった。また、実施例8から25のIHPNaについて、実施例1から7のIHPの結晶構造解析と同様の方法でX線回折測定法により結晶構造解析を行った結果、実施例8から25のIHPNaの結晶構造は、正方晶であり、ヘルマンーモーガン記号(国際記号)で表記される空間群I4/amdに帰属していた。 FIG. 6 is a diagram showing the amount of Na in IHPNa of Examples 8 to 25. In addition, in FIG. 6, the amount of Na is shown together with the synthesis conditions of Examples 8 to 25. In IHPNa of Examples 8 to 25, it was found that the amount of Na was in the range of 0 <a≤1.333. Further, as a result of crystal structure analysis of IHPNa of Examples 8 to 25 by the X-ray diffraction measurement method in the same manner as the crystal structure analysis of IHP of Examples 1 to 7, the crystals of IHPNa of Examples 8 to 25 were obtained. The structure was tetragonal and belonged to the space group I4 1 / amd represented by the Hermann-Morgan symbol (international symbol).

次に、水熱合成法によるIHPNaの生成方法について説明する。水熱合成法により、実施例26のIHPNaを生成した。粉末状のIHPと、ナトリウム原料と、をイオン交換水に溶解して、混合溶液を調製した。粉末状のIHPには、実施例3のIHPを用いた。ナトリウム原料には、NaNOを用いた。 Next, a method for producing IHPNa by a hydrothermal synthesis method will be described. The IHPNa of Example 26 was produced by a hydrothermal synthesis method. The powdered IHP and the sodium raw material were dissolved in ion-exchanged water to prepare a mixed solution. As the powdered IHP, the IHP of Example 3 was used. NaNO 3 was used as the sodium raw material.

耐圧密封容器に混合溶液と還元剤とを入れ、アルゴンガスを吹きかけることにより空気を置換しながら封入した。還元剤には、アスコルビン酸を用いた。混合溶液と還元剤とを封入した耐圧密封容器を、揺動式誘導加熱炉で加熱して水熱合成した。合成温度は、150℃とした。合成時間は、20分間とした。合成後には、遠心分離機により合成物のみを抽出した。抽出した合成物を真空乾燥して、粉末状のIHPNaを得た。 The mixed solution and the reducing agent were placed in a pressure-resistant sealed container, and the mixture was sealed while replacing air by spraying argon gas. Ascorbic acid was used as the reducing agent. A pressure-resistant sealed container containing a mixed solution and a reducing agent was heated in a swing-type induction heating furnace for hydrothermal synthesis. The synthesis temperature was 150 ° C. The synthesis time was 20 minutes. After the synthesis, only the compound was extracted by a centrifuge. The extracted compound was vacuum dried to obtain powdered IHPNa.

次に、実施例26のIHPNaについて、実施例8から25のIHPNaと同様の方法で、電池容量からNa量を測定した。実施例26のIHPNaのNa量は、0.090であり、電池容量は、12(mAh/g)であった。この測定結果から、実施例26のIHPNaは、Na量が0<a≦1.333の範囲にあることがわかった。また、実施例26のIHPNaについて、実施例1から7のIHPの結晶構造解析と同様の方法でX線回折測定法により結晶構造解析を行った結果、実施例26のIHPNaの結晶構造は、正方晶であり、ヘルマンーモーガン記号(国際記号)で表記される空間群I4/amdに帰属された。 Next, with respect to IHPNa of Example 26, the amount of Na was measured from the battery capacity by the same method as IHPNa of Examples 8 to 25. The Na amount of IHPNa in Example 26 was 0.090, and the battery capacity was 12 (mAh / g). From this measurement result, it was found that the amount of Na in IHPNa of Example 26 was in the range of 0 <a≤1.333. Further, as a result of performing crystal structure analysis of IHPNa of Example 26 by an X-ray diffraction measurement method in the same manner as the crystal structure analysis of IHP of Examples 1 to 7, the crystal structure of IHPNa of Example 26 is tetragonal. It is a crystal and belongs to the space group I4 1 / amd represented by the Hermann-Morgan symbol (international symbol).

次に、電気化学的手法による生成方法について説明する。電気化学的手法では、実施例27から34のIHPNaを生成した。粉末状のIHPを正極活物質とし、ナトリウムを負極活物質として、電池を組み、放電反応を生じさせた。電池の形式については、コインセルとした。そして、放電反応を生じさせることにより、IHPにナトリウムを挿入して、IHPNaを得た。 Next, a production method by an electrochemical method will be described. The electrochemical method produced IHPNa from Examples 27 to 34. A battery was assembled using powdered IHP as a positive electrode active material and sodium as a negative electrode active material to cause a discharge reaction. The battery type was a coin cell. Then, by causing a discharge reaction, sodium was inserted into IHP to obtain IHPNa.

また、実施例27から30については、実施例3のIHPを用いた。実施例31から34では、実施例3のIHPの合成方法に対して、揺動式誘導加熱炉ではなく、マッフル炉で150℃に加熱して合成したIHPを用いた。保持時間については、0分間から4時間とした。 For Examples 27 to 30, the IHP of Example 3 was used. In Examples 31 to 34, for the method for synthesizing the IHP of Example 3, IHP synthesized by heating to 150 ° C. in a muffle furnace was used instead of the swing type induction heating furnace. The holding time was 0 minutes to 4 hours.

次に、実施例27から34のIHPNaについて、実施例8から25のIHPNaと同様の方法で、電池容量からNa量を測定した。図7は、実施例27から34のIHPNaのNa量を示す図である。なお、図7では、実施例27から34で用いたIHPの合成条件と合わせて、Na量を示している。実施例27から34のIHPNaでは、Na量が0<a≦1.333の範囲にあることがわかった。また、実施例27から34のIHPNaについて、実施例1から7のIHPの結晶構造解析と同様の方法でX線回折測定法により結晶構造解析を行った結果、実施例27から34のIHPNaの結晶構造は、正方晶であり、ヘルマンーモーガン記号(国際記号)で表記される空間群I4/amdに帰属された。 Next, for IHPNa of Examples 27 to 34, the amount of Na was measured from the battery capacity by the same method as that of IHPNa of Examples 8 to 25. FIG. 7 is a diagram showing the amount of Na in IHPNa of Examples 27 to 34. Note that FIG. 7 shows the amount of Na in combination with the IHP synthesis conditions used in Examples 27 to 34. In IHPNa of Examples 27 to 34, it was found that the amount of Na was in the range of 0 <a≤1.333. Further, as a result of crystal structure analysis of IHPNa of Examples 27 to 34 by the X-ray diffraction measurement method in the same manner as the crystal structure analysis of IHP of Examples 1 to 7, the crystals of IHPNa of Examples 27 to 34 The structure is tetragonal and belongs to the space group I4 1 / amd represented by the Hermann-Morgan symbol (international symbol).

(電池性能評価試験)
ナトリウムイオン電池としてコインセルを作製し、コインセルの充放電特性を評価した。まず、コインセルの作製方法について説明する。コインセルは、IHPからなる正極活物質を用いたものと、IHPNaからなる正極活物質を用いたものとの2種類を作製した。IHPには、実施例3のIHPを用いた。IHPNaには、実施例18のIHPNaを用いた。コインセルのサイズについては、直径φ20mm×厚み3.2mmとした。
(Battery performance evaluation test)
A coin cell was manufactured as a sodium ion battery, and the charge / discharge characteristics of the coin cell were evaluated. First, a method of manufacturing a coin cell will be described. Two types of coin cells were produced, one using a positive electrode active material made of IHP and the other using a positive electrode active material made of IHPNa. As the IHP, the IHP of Example 3 was used. As IHPNa, IHPNa of Example 18 was used. The size of the coin cell was φ20 mm in diameter × 3.2 mm in thickness.

まず、コインセルの正極について説明する。粉末状の正極活物質と、導電材と、結合剤と、増粘剤と、を混合してスラリを作製した。導電材には、ケッチェンブラックを用いた。結合剤には、スチレンブタジエンゴムを用いた。増粘剤には、カルボキシメチルセルロースを用いた。正極活物質と、導電材と、結合剤と、増粘剤との混合比については、質量比で、正極活物質:導電材:結合剤:増粘剤=80:10:6:4とした。次に、スラリをアルミニウム箔の表面に塗布し、30℃から120℃で乾燥して正極を形成した。 First, the positive electrode of the coin cell will be described. A powdery positive electrode active material, a conductive material, a binder, and a thickener were mixed to prepare a slurry. Ketjen black was used as the conductive material. Styrene butadiene rubber was used as the binder. Carboxymethyl cellulose was used as the thickener. Regarding the mixing ratio of the positive electrode active material, the conductive material, the binder, and the thickener, the mass ratio was set to positive electrode active material: conductive material: binder: thickener = 80:10: 6: 4. .. Next, the slurry was applied to the surface of the aluminum foil and dried at 30 ° C to 120 ° C to form a positive electrode.

コインセルの負極には、金属ナトリウムを使用した。電解液には、溶質1M NaClO/溶媒プロピレンカーボネートと、2体積%フルオロエチレンカーボネートとの混合液を用いた。セパレータには、ガラス繊維からなる不織布を使用した。 Metallic sodium was used for the negative electrode of the coin cell. As the electrolytic solution, a mixed solution of solute 1M NaClO 4 / solvent propylene carbonate and 2% by volume fluoroethylene carbonate was used. A non-woven fabric made of glass fiber was used as the separator.

次に、各コインセルの充放電特性を評価した。カット電圧は、1.5Vから4.0V、試験温度は25℃、充放電レートは0.1C、サイクル数は3サイクルとした。図8は、IHPからなる正極活物質を用いたコインセルの充放電特性を示すグラフである。図9は、IHPNaからなる正極活物質を用いたコインセルの充放電特性を示すグラフである。図8、図9のグラフでは、横軸に充放電時の容量を取り、縦軸に電圧を取り、充電の場合を実線で示し、放電の場合を破線で示している。図8、図9は、いずれも3サイクル目の特性を示している。 Next, the charge / discharge characteristics of each coin cell were evaluated. The cut voltage was 1.5 V to 4.0 V, the test temperature was 25 ° C., the charge / discharge rate was 0.1 C, and the number of cycles was 3 cycles. FIG. 8 is a graph showing the charge / discharge characteristics of a coin cell using a positive electrode active material made of IHP. FIG. 9 is a graph showing the charge / discharge characteristics of a coin cell using a positive electrode active material made of IHPNa. In the graphs of FIGS. 8 and 9, the horizontal axis represents the capacity at the time of charging / discharging, the vertical axis represents the voltage, the case of charging is shown by a solid line, and the case of discharging is shown by a broken line. 8 and 9 both show the characteristics of the third cycle.

IHPからなる正極活物質を用いたコインセルでは、図8に示すように、可逆的に充放電可能であり、充放電時の容量が約150mAh/gであった。また、充放電時にプラト(電位の平坦部)が認められなかった。IHPNaからなる正極活物質を用いたコインセルでは、図9に示すように、可逆的に充放電可能であり、充放電時の容量が約75mAh/gであった。また、充放電時にプラト(電位の平坦部)が認められなかった。この結果から、IHPやIHPNaが、ナトリウムイオン電池の正極活物質として高い性能を有することがわかった。また、IHPやIHPNaからなる正極活物質を用いた場合には、充放電時にプラト(電位の平坦部)がないことから、ナトリウム挿入に必要な電位が連続的に変化するので、電池の充電率の推定精度が向上することがわかった。 As shown in FIG. 8, the coin cell using the positive electrode active material made of IHP can be reversibly charged and discharged, and the capacity at the time of charging and discharging was about 150 mAh / g. In addition, no plate (flat part of potential) was observed during charging and discharging. As shown in FIG. 9, the coin cell using the positive electrode active material made of IHPNa can be reversibly charged and discharged, and the capacity at the time of charging and discharging was about 75 mAh / g. In addition, no plate (flat part of potential) was observed during charging and discharging. From this result, it was found that IHP and IHPNa have high performance as a positive electrode active material of a sodium ion battery. Further, when a positive electrode active material composed of IHP or IHPNa is used, since there is no plate (flat portion of potential) during charging / discharging, the potential required for sodium insertion changes continuously, so that the battery charge rate It was found that the estimation accuracy of was improved.

次に、実施例3のIHPからなる正極活物質を用いたコインセルについて、充放電サイクル特性を評価した。カット電圧は、1.5Vから4.0V、試験温度は25℃、充放電レートは0.1C、サイクル数は100回とした。図10は、充放電サイクル特性を示すグラフである。図10のグラフでは、横軸にサイクル回数を取り、縦軸に放電容量を取り、放電容量の変化を実線で表している。初回の放電容量が110.6(mAh/g)であるのに対して、サイクル回数が100回後の放電容量が71.8(mAh/g)であり、維持率が64.9%であった。この結果から、実施例3のIHPからなる正極活物質を用いたコインセルは、サイクル回数が100回においても繰返し充放電が可能であることが明らかとなった。 Next, the charge / discharge cycle characteristics of the coin cell using the positive electrode active material made of IHP of Example 3 were evaluated. The cut voltage was 1.5 V to 4.0 V, the test temperature was 25 ° C., the charge / discharge rate was 0.1 C, and the number of cycles was 100 times. FIG. 10 is a graph showing charge / discharge cycle characteristics. In the graph of FIG. 10, the horizontal axis represents the number of cycles, the vertical axis represents the discharge capacity, and the change in the discharge capacity is represented by a solid line. The initial discharge capacity is 110.6 (mAh / g), while the discharge capacity after 100 cycles is 71.8 (mAh / g) and the maintenance rate is 64.9%. rice field. From this result, it was clarified that the coin cell using the positive electrode active material made of IHP of Example 3 can be repeatedly charged and discharged even when the number of cycles is 100.

実施例3のIHPからなる正極活物質を用いたコインセルについて、充放電中の正極活物質の構造変化を評価した。まず、構造変化の評価方法について説明する。充放電状態は、0%放電状態(100%充電状態)、50%放電状態、70%放電状態、100%放電状態(0%充電状態)の4種類とした。正極活物質の構造変化は、X線回折測定で評価した。X線回折測定には、リガク製全自動水平型多目的X線回折装置スマートラボ(SmartLab)を使用し、X線源はCu、加速電圧45kV、加速電流200mA、ステップ角度を0.02度、回折角2θを20°から30°の条件で測定した。 For the coin cell using the positive electrode active material made of IHP of Example 3, the structural change of the positive electrode active material during charging and discharging was evaluated. First, a method for evaluating structural changes will be described. There were four types of charge / discharge states: 0% discharge state (100% charge state), 50% discharge state, 70% discharge state, and 100% discharge state (0% charge state). The structural change of the positive electrode active material was evaluated by X-ray diffraction measurement. Rigaku's fully automatic horizontal multipurpose X-ray diffractometer SmartLab is used for X-ray diffraction measurement. The X-ray source is Cu, the acceleration voltage is 45 kV, the acceleration current is 200 mA, and the step angle is 0.02 degrees. The folding angle 2θ was measured under the condition of 20 ° to 30 °.

図11は、各放電状態の正極活物質のX線回折測定結果を示すグラフである。横軸に回折角2θを取り、縦軸に強度(任意強度)を取り、測定データを実線で示している。各放電状態では、ピーク(a)と、ピーク(b)との2つのピークが認められた。また、ピーク(a)の強度は、ピーク(b)の強度よりも大きくなった。より詳細には、0%放電状態(100%充電状態)では、ピーク(a)が、2θ=26.55°以上26.95°以下であり、ピーク(b)が、2θ=27.80°以上28.20°以下であった。100%放電状態(0%充電状態)では、ピーク(a)が、2θ=26.05°以上26.45°以下であり、ピーク(b)が、2θ=27.15°以上27.55°以下であった。また、50%放電状態、70%放電状態のときのピーク(a)と、ピーク(b)とは、0%放電状態(100%充電状態)と、100%放電状態(0%充電状態)とのピーク(a)と、ピーク(b)との各々中間にあることがわかった。この結果から、NaFe(PO)(OH)(HO)で表されるリン酸鉄化合物は、X線源としてCuKα線を用いるXRD測定(X線回折測定)で、2θ=26.05°以上26.95°以下の範囲にある最も強度が大きい第一のピークと、2θ=27.15°以上28.20°以下の範囲にある二番目に強度が大きい第二のピークと、があることが明らかとなった。 FIG. 11 is a graph showing the results of X-ray diffraction measurement of the positive electrode active material in each discharged state. The horizontal axis is the diffraction angle 2θ, the vertical axis is the intensity (arbitrary intensity), and the measurement data is shown by a solid line. In each discharge state, two peaks, a peak (a) and a peak (b), were observed. Further, the intensity of the peak (a) was higher than the intensity of the peak (b). More specifically, in the 0% discharged state (100% charged state), the peak (a) is 2θ = 26.55 ° or more and 26.95 ° or less, and the peak (b) is 2θ = 27.80 °. It was 28.20 ° or less. In the 100% discharged state (0% charged state), the peak (a) is 2θ = 26.05 ° or more and 26.45 ° or less, and the peak (b) is 2θ = 27.15 ° or more and 27.55 °. It was as follows. Further, the peak (a) and the peak (b) in the 50% discharged state and the 70% discharged state are the 0% discharged state (100% charged state) and the 100% discharged state (0% charged state). It was found that the peak (a) and the peak (b) were in the middle of each. From this result, the iron phosphate compound represented by Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d was measured by XRD measurement (X-ray diffraction measurement) using CuKα ray as an X-ray source. The first peak with the highest intensity in the range of 2θ = 26.05 ° or more and 26.95 ° or less, and the second highest intensity in the range of 2θ = 27.15 ° or more and 28.20 ° or less. It became clear that there was a peak of.

S10 原料溶液調製工程
S12 水熱合成工程
S10 Raw material solution preparation process S12 Hydrothermal synthesis process

Claims (16)

ナトリウムイオン電池用の正極活物質であって、
NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0c≦1、0d≦1)で表されるリン酸鉄化合物を含み、
前記リン酸鉄化合物は、c+d=1を満たし、
前記リン酸鉄化合物の結晶構造は、空間群I4 /amdに帰属していることを特徴とする正極活物質。
A positive electrode active material for sodium-ion batteries,
Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (However, 0 ≦ a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 < c ≦ 1, 0 < d ≦ 1 look-containing iron phosphate compound represented by),
The iron phosphate compound satisfies c + d = 1 and
A positive electrode active material characterized in that the crystal structure of the iron phosphate compound belongs to the space group I4 1 / amd.
請求項1に記載の正極活物質であって、
前記リン酸鉄化合物が、X線源としてCuKα線を用いるXRD測定で、2θ=26.05°以上26.95°以下の範囲にある最も強度が大きい第一のピークと、2θ=27.15°以上28.20°以下の範囲にある二番目に強度が大きい第二のピークがあることを特徴とする正極活物質。
The positive electrode active material according to claim 1, wherein the positive electrode active material is used.
The iron phosphate compound has the highest intensity first peak in the range of 2θ = 26.05 ° or more and 26.95 ° or less in XRD measurement using CuKα ray as an X-ray source, and 2θ = 27.15. A positive electrode active material characterized by having a second peak with the second highest intensity in the range of ° or more and 28.20 ° or less.
請求項1または2に記載の正極活物質であって、
前記リン酸鉄化合物は、b−1=c/3=(1−d)/3を満たすことを特徴とする正極活物質。
The positive electrode active material according to claim 1 or 2, wherein the positive electrode active material is used.
The iron phosphate compound is a positive electrode active material characterized by satisfying b-1 = c / 3 = (1-d) / 3.
請求項1からのいずれか1つに記載の正極活物質を含むことを特徴とする正極。 A positive electrode comprising the positive electrode active material according to any one of claims 1 to 3. 請求項に記載の正極を備えることを特徴とするナトリウムイオン電池。 A sodium ion battery comprising the positive electrode according to claim 4. ナトリウムイオン電池用の請求項1から3のいずれか1つに記載の正極活物質の製造方法であって、
鉄原料と、リン原料と、を水に溶解して原料溶液を調製する原料溶液調製工程と、
前記原料溶液を150℃以上300℃未満で熱処理して水熱合成する水熱合成工程と、
を備えることを特徴とする正極活物質の製造方法。
The method for producing a positive electrode active material according to any one of claims 1 to 3 for a sodium ion battery.
A raw material solution preparation process in which an iron raw material and a phosphorus raw material are dissolved in water to prepare a raw material solution, and
A hydrothermal synthesis step in which the raw material solution is heat-treated at 150 ° C. or higher and lower than 300 ° C. for hydrothermal synthesis.
A method for producing a positive electrode active material.
請求項に記載の正極活物質の製造方法であって、
前記鉄原料は、Fe(NO・9HO、FeC・2HO、Fe(NH(SO・4HOの少なくとも1つを含み、
前記リン原料は、HPOを含むことを特徴とする正極活物質の製造方法。
The method for producing a positive electrode active material according to claim 6.
Wherein the iron raw material comprises Fe (NO 3) 3 · 9H 2 O, FeC 2 O 4 · 2H 2 O, Fe at least one of (NH 4) 2 (SO 4 ) 2 · 4H 2 O,
A method for producing a positive electrode active material, wherein the phosphorus raw material contains H 3 PO 4.
請求項またはに記載の正極活物質の製造方法であって、
前記原料溶液調製工程は、前記原料溶液に、第一のナトリウム原料を含むことを特徴とする正極活物質の製造方法。
The method for producing a positive electrode active material according to claim 6 or 7.
The raw material solution preparing step is a method for producing a positive electrode active material, which comprises containing a first sodium raw material in the raw material solution.
請求項に記載の正極活物質の製造方法であって、
前記第一のナトリウム原料は、NaNO、NaCO、NaOH、CHCOONa、NaHPO、NaPO・12HO及びNaHPOの少なくとも1つを含むことを特徴とする正極活物質の製造方法。
The method for producing a positive electrode active material according to claim 8.
It said first sodium raw material, and characterized in that it contains NaNO 3, Na 2 CO 3, NaOH, CH 3 COONa, at least one of NaH 2 PO 4, Na 3 PO 4 · 12H 2 O and Na 2 HPO 4 A method for producing a positive electrode active material.
請求項6または7に記載の正極活物質の製造方法であって、
前記水熱合成工程で水熱合成した合成物と、第二のナトリウム原料と、を混合して混合体を形成し、前記混合体を150℃以上500℃以下で熱処理して固相反応させることを特徴とする正極活物質の製造方法。
The method for producing a positive electrode active material according to claim 6 or 7.
The hydrothermally synthesized compound in the hydrothermal synthesis step and the second sodium raw material are mixed to form a mixture, and the mixture is heat-treated at 150 ° C. or higher and 500 ° C. or lower for a solid phase reaction. A method for producing a positive electrode active material.
請求項10に記載の正極活物質の製造方法であって、
前記第二のナトリウム原料は、NaNO、NaCO、NaOH、CHCOONa、NaHPO、NaPO・12HO及びNaHPOの少なくとも1つを含むことを特徴とする正極活物質の製造方法。
The method for producing a positive electrode active material according to claim 10.
Said second sodium raw material, and characterized in that it contains NaNO 3, Na 2 CO 3, NaOH, CH 3 COONa, at least one of NaH 2 PO 4, Na 3 PO 4 · 12H 2 O and Na 2 HPO 4 A method for producing a positive electrode active material.
請求項11に記載の正極活物質の製造方法であって、
前記混合体を還元性雰囲気で熱処理して固相反応させることを特徴とする正極活物質の製造方法。
The method for producing a positive electrode active material according to claim 11.
A method for producing a positive electrode active material, which comprises heat-treating the mixture in a reducing atmosphere to cause a solid-phase reaction.
請求項6または7に記載の正極活物質の製造方法であって、
前記水熱合成工程で水熱合成した合成物と、第三のナトリウム原料と、を水に溶解して混合溶液を調製し、前記混合溶液を150℃以上300℃未満で熱処理して水熱合成することを特徴とする正極活物質の製造方法。
The method for producing a positive electrode active material according to claim 6 or 7.
A mixed solution is prepared by dissolving the compound hydrothermally synthesized in the hydrothermal synthesis step and the third sodium raw material in water, and the mixed solution is heat-treated at 150 ° C. or higher and lower than 300 ° C. for hydrothermal synthesis. A method for producing a positive electrode active material.
請求項13に記載の正極活物質の製造方法であって、
前記第三のナトリウム原料は、NaNO、NaCO、NaOH、CHCOONa、NaHPO、NaPO・12HO及びNaHPOの少なくとも1つを含むことを特徴とする正極活物質の製造方法。
The method for producing a positive electrode active material according to claim 13.
The third sodium raw material, and characterized in that it contains NaNO 3, Na 2 CO 3, NaOH, CH 3 COONa, at least one of NaH 2 PO 4, Na 3 PO 4 · 12H 2 O and Na 2 HPO 4 A method for producing a positive electrode active material.
請求項13または14に記載の正極活物質の製造方法であって、
前記混合溶液を還元性雰囲気で熱処理して水熱合成することを特徴とする正極活物質の製造方法。
The method for producing a positive electrode active material according to claim 13 or 14.
A method for producing a positive electrode active material, which comprises heat-treating the mixed solution in a reducing atmosphere for hydrothermal synthesis.
請求項6または7に記載の正極活物質の製造方法であって、
前記水熱合成工程で水熱合成した合成物を正極活物質とし、ナトリウムを含む材料を負極活物質として、電池を組み、放電反応を生じさせることで、電気化学的に前記合成物にナトリウムを含ませることを特徴とする正極活物質の製造方法。
The method for producing a positive electrode active material according to claim 6 or 7.
By assembling a battery and causing a discharge reaction by using the compound hydrothermally synthesized in the hydrothermal synthesis step as the positive electrode active material and the material containing sodium as the negative electrode active material, sodium is electrochemically added to the compound. A method for producing a positive electrode active material, which comprises inclusion.
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